Gelovi su čudni svati. Ili, kemijski korektnije, gelovi su čudne tvari. Čudne, no svakodnevne. Kažem „svakodnevne“ jer susrećemo ih svugdje, ne samo kao gelove za kožu i kosu, nego i kao hladetinu i jogurt. I kao tutkalo, naročito tutkalo. Jer upravo je prema tutkalu, stolarskom ljepilu (grč. kolla), britanski kemičar Thomas Graham u 19. stoljeću podijelio sve tvari na one koje mogu, u otopljenom stanju, proći kroz polupropusnu membranu i one koje to ne mogu. Prve je nazvao kristaloidima, a druge koloidima, dakle tutkalu sličnim tvarima.

Tutkalo veže zato što može prijeći, hlađenjem, iz tekućeg (sôl) u kruto (gel) stanje. No kod drugih koloida do tog prelaska može doći zbog drugih uzroka, recimo zbog tresenja (tiksotropija). Razmišljalo se, razmišljalo i eksperimentiralo ne bi li se napravila kemikalija koja bi gelirala kerozin. Kad bi se tako što stavilo u gorivo za mlazne motore, ono se pri padu letjelice ne bi zapalilo – jer bi se stvrdnulo. Ali ništa od toga. Tko da pronađe gorivo koje bi se pri udaru stvrdnjavalo, a ne bi štetilo motoru?

U otopini (sôlu) tutkala nalaze se molekule proteina nastale cijepanjem mnogo većih molekula kolagena. Pri hlađenju one se povezuju u mrežu. U mreži od molekula proteina nalaze se molekule vode. No može se nalaziti i štošta drugo.

Na to „štošta drugo“ ciljali su kineski znanstvenici kada su napravili neobične proteine te o tome obavijestili znanstvenu javnost u članku objavljenome u časopisu Matter. Naslov mu je „Dynamically tunable, macroscopic molecular networks enabled by cellular synthesis of 4-arm star-like proteins (Dinamički ugodive, makroskopske molekularne mreže ostvarene staničnom sintezom proteina nalik na četverokraku zvijezdu)“. Puno, puno riječi, pa opet – najjednostavnije rečeno – riječ je o hladetini.

Hladetinu kineskih znanstvenika ne čine bjelančevine priređene kuhanjem kostiju i kože, nego tri vrlo osebujna proteina. Prvi je zeleni fluorescentni protein (green fluorescent protein, GFP), drugi protein je SpyCatcher, a treći je AEC (auxin efflux carrier, nosač auksinskog odljeva). GFP je, samo ime kaže, fluorescentan i on je tu da bi se lakše pratile promjene do kojih dolazi pri geliranju. No, ne samo zbog toga. Molekula GFP ima oblik bačve, a na tu se sićušnu bačvu (bačvicu, bačvuljak) vežu – čineći s njome četverokraku zvijezdu – četiri molekule proteina SpyCatcher. Tako nastaje kompleks (SpyCatcher)₄GFP. Protein AEC se potom veže na drugi kraj molekula proteina SpyCatcher, pa nastaje kompleks (CarH_C)₄GFP. Ili, kemijski jednostavno: GFP + 4 SpyCatcher → (SpyCatcher)₄GFP,  (SpyCatcher)₄GFP + 4 AEC → (CarH_C)₄GFP. No kako to izvesti?

O izvođenju govori sintagma iz naslova „cellular synthesis“. Prvi je naime kompleks, (SpyCatcher)₄GFP, dobiven staničnom sintezom iz genski modificirane bakterije E. coli. Drugi je kompleks priređen in vitro, miješanjem proteina. Tako je dobiven sôl. A što je s gelom?

Koloidna otopina (CarH_C)₄GFP prelazi u stanje gela dodatkom AdoB₁₂, derivata vitamina B₁₂. U reakciji dolazi do povezivanja „četverokrakih zvijezda“ u trodimenzijsku mrežu. Pri tome nastaje gel.

Za obratni proces, za prelazak gela u sôl, ne treba dodati novu kemikaliju, nego otopinu osvijetliti. Trodimenzijska mreža će se raspati na slobodne molekule (CarH_C)₄GFP. I što sad?

Baš kao što hladetina ne vrijedi sama za sebe, tj. ako u njoj nema kožica, a napose mesa i mrkve, tako ni gel kineskih znanstvenika ne vrijedi bez dodataka. Zato se prije geliranja djelovanjem AdoB₁₂ u otopinu dodaju drugi proteini, pa i čitave stanice. Pri stvrdnjavanju one ostaju u gelu zarobljene da bi bile oslobođene jednostavnim osvjetljivanjem. U spomenutom radu znanstvenici su enkapsulirali, a potom oslobodili bakterijske stanice i, još važnije, enzim PslG (glikozil-hidrolazu). Taj enzim rastače staničnu stijenku bakterija vrste Pseudomonas aeruginosa, uzročnika tvrdokornih infekcija. Pokus je pokazao, lijepo se vidi na slici, da je gelirani enzim, Gel (PslG):hν, jednako učinkovit protiv tih bakerija kao i njegova vodena otopina, PslG (aq).

I evo gotove terapije. Gel s lijekom se nanese na oboljelo mjesto, a potom se osvijetli. O tome gdje se i koliko osvijetli ovisit će gdje će se i koliko lijeka osloboditi iz gela. Tako medicina dobiva još jedno „čarobno tane“ – no bolje je reći novo sredstvo za pametnu (smart) aplikaciju lijeka.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.